dünyada yaşamın tarihi

DÜNYADA YAŞAMIN TARİHİ
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Giriş
Antartika’da çalışmalar yapan araştırıcılar, bugün soğukluğu ve sıvı su
bulunmaması nedeniyle çok fazla canlı formun yaşamadığı Antartika’da
küçük (5mm boyutunda sinek) ve büyük (invertebrat) fosillerine
rastlamışlardır.
Burada yapılan yer tabakası incelemelerinden, yaklaşık 500 Milyon yıl
önce (million years, my), Antartika’nın okyanus kıyısında, ılık bir iklimi
sahip olduğu, 400 myö kıtanın ormanlarla kaplandığı ve bu nedenle farklı
türlerin yaşadığı, bereketli bir yer olduğu sonucuna varılmıştır.
Bu canlılar arasında; yaklaşık 3 m boyutunda “Dehşet Kuşları” denen
Cryolophosaurus (Şekil 25.1) ve yaklaşık 7 m boyunda Tyrannosaurus
rex’te yer almaktadır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Dünyanın pek çok bölgesinde elde edilen veriler
ışığında türlerin oluşumu ve Makro evrimi sırasında
bir çok tür büyük çevresel etkiler ile tamamen yok
olmuş ve/veya yeni türler ortaya çıkmıştır.
Bu süreç boyunca oluşan en önemli değişiklikler
arasında kitlesel yok olmalar ve bazı canlıların uçma
yeteneği kazanması sayılabilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
1.Erken Dünya şartları hayatın ilk başlangıcını (Orjini)
şekillendirmiş olabilir.
Erken dünya şartlarında hayata dair ilk deliller doğrudan
mikroorganizma fosilleridir ve yaklaşık 3.5 milyar yıllıktır (billion
years, by).
Buna karşın ilk ortaya çıkan hücrelerin ne görünümde/nasıl
olduğu bilinmemektedir.
Kimya, Jeoloji ve fiziksel incelemeler ve araştırmalar araştırıcılara
ilk canlının oluşumuna dair öne çıkan bir senaryonun
şekillendirilmesini sağlamıştır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

Bu hipotezde, kimyasal ve fiziksel prosesler-işleyişler 4 ana basamakla
anlatılmıştır.
1.Abiyotik (Biyolojik olmayan-Canlı olmayan) sentez; bu aşamada amino
asitler ve azotlu bazlar gibi küçük organik moleküller oluşmuştur.
2.Bu küçük moleküllerden oluşan makromoleküller; protein ve nükleik
asitler gibi organik moleküller eklenmiştir.
3.Bu moleküller Öncül hücre (protocell) adını alan ve ilkel bir
damlacık/kesecik yapısında veya etrafı bir çeşit zarla çevrili olarak, yada
dışarıdan biraz daha farklı bir kimyasal yapıda olarak paketlenmişlerdir.
4.Kendini eşleyen yapılar gelişmiş ve bu özelliklerini aktarabilir hale
gelmişlerdir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Erken Dünyada Organik Bileşenlerin Sentezi;
Dünyanın oluşumu, yaklaşık 4.6 milyar yıl önce güneşten kopan
parçanın, Güneşin kütlesel çekim kuvveti ile belli bir uzaklıkta o (sıfır)
noktasında kalması ve durması ile başladığı düşünülmektedir.
Bundan sonra kısmen soğuyan gaz ve toz bulutu halindeki eriyik
haldeki dünya, uzaydaki meteor ve buz kütlelerinin bombardımanına
maruz kalmıştır.
Böylece ilkel dünya yüzeyinde farklı bileşenler ve su oluştuğu
düşünülmektedir.
Bu bombardıman yaklaşık 4 milyar yıl önce sona ermiş, böylece genç
gezegende ilk atmosfer, biraz oksijen ve kalın bir su buharı içerecek
şekilde oluşmuştur.
 Erken Dünyada Organik Bileşenlerin Sentezi (Devam)
 Bu sırada ilk bileşenler oksijen, karbondioksit, metan amonyak ve hidrojen
volkanik patlamalar etkisiyle, ilk küçük moleküller oluşturmaya başlamıştır.
 1920’lere kadar birbirinden habersiz Rus araştırıcı A.I.Oparin ve İngiliz
araştırıcı J.B.S.Haldane yaptığı deneylerde ilkel dünya atmosferi şartları elektrik
deşarjlarına (UV radyasyonu
ve elektrik
deşarjları/yıldırımlar)
maruz
bırakılarak farklı basit moleküllerin oluştuğu gösterilmiştir.
 1953’te Stanley Miller ve Harold Urey; Oparin ve Haldane’nın deneylerini
kapalı sistemde tamamen laboratuvar ortamında gerçekleştirmişler ve amino
asit taslaklarının oluştuğunu göstermişlerdir. İlkel atmosfer şartlarının gaz
miktarlarının
değiştirilmesi
ile
sentezlenebileceğini bildirmişlerdir.
farklı
organik
moleküllerin
de
 Daha sonra yapılan Miller ve Urey’in çalışma modellerinden 2008 yılında denenmiş ve
sadece birinde amino asit benzeri yapı oluşmuştur.
 Benzer deney düzeneklerine, o dönemdeki tahmini volkanik yeryüzü koşulları da
eklendiğinde bu deneylerin hemen hepsinde organik molekül taslaklarına rastlanmıştır.
 Bu mantıktan yola çıkarak ortaya atılan bir diğer hipotez Hidrotermal kanallar
hipotezi adını alır.
 Buna göre ilkel dünya şartlarında var olan deniz tabanlarında büyük termal patlamalar
oluyordu, su sıcaklığının yaklaşık (300-400˚C) olan sıcaklıkları ile bunlara “eksozlar ve/veya
bacalar” adı veriliyordu ve çok sıcaktılar.
 Bir diğer su altı kanalları ise ph’si 9-11 arasında olan, bu nedenle “Alkalin kanallar” adını
alan, nispeten daha serin (40-90˚C) sıcaklıkta bacalardı ve hayatın oluşması için daha
uygundular (Şekil 25.3).
 Organik bileşenlerin oluşması hakkında bir diğer hipotez ise meteor yağmurlarının
devam ettiği bu zaman içerisinde bu bileşenlerin ve/veya bir kısmının meteorlar vasıtasıyla
dünyaya ulaştığına dairdir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Makromoleküllerin Abiyotik Sentezi
Amino asitler ve azotlu bazlar gibi küçük moleküllerin oluşması canlılık için
yeterli değildir.
2009 yılında yapılan benzer bir abiyotik sentez denemesinde RNA
molekülüne rastlanmıştır.
RNA basit bir proses ve prokürsor (procursor) yardımıyla kendi kendine
oluşabilen bir moleküldür.
RNA, amino asitler ile birlikte sıcak kumda, balçıkta-kilde veya kaya
yapılarında bulunabilen ve birlikte polimerler oluşturabilen bir yapıya sahiptir.
Bu durumda, o dönemlerde bazı polimerler enzimlerin ve ribozomların
yardımı olmadan da oluşmuş olabilir.
Daha dikkat çekici olan; bu polimerlerin zayıf katalitik reaksiyonları
enzimler ve katalizörler olmadan da gerçekleştirmiş olabilecekleridir.
Öncül Hücreler (Protocells)
Tüm hücreler hayatta kalmak için enerji üretmeli ve üremelidir.
Bu durumda ortam şartlarına bağlı olarak oluşabilen aminoasitler,
buna ek olarak kendi kendine çoğalma yeteneğine de sahip RNA ve
onların oluşturdukları polimerler yapısal tuğlalar gibi iş görerek,
vesiküller (kesecikler) içinde ilk hücresel formları oluşturmuş ve bu
form daha sonra enzimsel mekanizmalara ihtiyaç duyan DNA
gelişimine yol açmış olabilir.
Enzim mekanizmaları benzeri yapılar içeren, zar benzeri yapılar ile
çevrili, hücre benzeri kesecik içindeki bu yapılar, ilk hücre taslaklarını
oluşturmuş olabilirler (Şekil 25.4).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Öncül Hücreler (Protocells) (Devam)
Bu durumda oluşan “vesiküller/kesecikler nasıl oluştu?” sorusuna
cevaplamak gerekir.
 Örneğin yağ suya damlatıldığında damlacıklar/vesiküller (kesecikler)
oluştururlar.
Bunun nedeni hidrofobik bir molekül olmasıdır.
Yani bu tip moleküller suda çözünmeyen bir yapıya sahip oldukları için su
içinde yüzerler.
Yani aynı hücre zarının çift katlı yağ tabakası (Bilayer lipit) oluşturması
gibi kesecikler oluşturmuş olabilirler.
Bu yapı eğer aktif çamur (montmorillonit, montmorillonite) adı verilen
bir yapıda ise bu yapı/ kesecik içine oluşmuş organik molekülleri de alabilir
ve kendi kendine oluşabilir (Şekil 25.4a).
Öncül Hücreler (Protocells) (Devam)
Bu aktif çamur/balçık içinde abiyotik sentezlenmiş moleküller,
kendilerine benzer kesecikler üretebilir (Şekil 25.4b).
Kendi kendini çoğaltmış bu keseler içlerine başka organik molekül
parçacıkları alarak kendi yapılarını zenginleştirebilirler
ve diğer
organik moleküllerede tutunabilirler (Şekil 25.4c)
 Sonuçta bu yapı hayatın başlangıcını sağlayacak, farklı kimyasal
içeriklerde, özelliklerde, kimyasal moleküller ve küçük organik
moleküller içeren bir yapı haline gelebilir ve atasal hücreleri
oluşturabilir.
RNA’nın kendini eşlemesi
İlk genetik mateyalin RNA oluduğu düşünülür.
Bunun nedeni RNA’nın protein sentezinde, enzim benzeri çok merkezi bir
rolü olmasıdır.
RNA katalizörler ribozom adını alırlar. Bazı ribozomlar küçük RNA
parçalarının kopyalanması ile oluşur ve bunların oluşturduğu nükleotit
bloklarından oluşturulurlar.
Yapılan çalışmalar ile moleküler düzeyde ribozom kendi kendini
sentezleyebilmiştir.
Çift iplikli DNA’dan farklı olarak sarmal yapılı tek iplikli RNA kendi üzerine
katlanarak çok farklı üç boyutlu yapılar oluşturabilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•RNA molekülü çok sayıda inanılmaz/önemli özellikleri olan bir
moleküldür.
• Buna göre kendi kendine oluşabilir, kendi üstüne katlanabilir ve
azotlu baz dizileri yardımı ile genetik bilgiyi taşıyabilir ve aktarabillir.
•En önemlisi boyutu nedeniyle vesiküllere/keseciklere girebilir.
•Bu özelliklerinden yola çıkarak oluşan öncül hücrelerde (protocells)
kendini çoğalttığı ve taşıdığı sınırlı genetik bilgiyi arttırdığı
düşünülebilir.
•Yine aynı mantıkla kırılgan yapılı RNA’nın bir eşleniğini ürettiği ve
böylece daha sağlam bir konformasyon oluşturduğu düşünülebilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
2. Yaşam Tarihinin Fosil Kayıtları
Tortul kayalar fosil kayıtları için inanılmaz önemli kaynaklardır.
Fosil kayıtları çoğunlukla tortul kayalar içinde bulunan, zaman içinde
yaşamış, düşük ve yüksek organizasyona sahip farklı canlılara ait
dokümanlardır (Şekil 25.5).
Tortul tabakaların yaşları fosilerin yaşlarına dair bize bilgiler verir.
Fosillerin kesin yaşlarını belirleme çalışmaları ise ancak radyometrik
ölçümler ve diğer yöntemler ile belirlenebilir (Şekil 25.6).
Bu fosil kayıtlar aynı zamanda yeni canlı gruplarının artışı ve hangi
canlıların kademeli, farklılaşmaları ile oluştuğuna dair kayıtları gösterir
(Şekil 25.7).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
3.Tek hücreli ve çok hücreli organizmalardan oluşan hayatın
başlangıcına ve yeryüzünde kolonileşmelerine dair Anahtar olaylar
Fosillerin çalışılmasında jeolojik kayıtların geliştirilmesi de çok önemlidir.
Bu kayıtlar desteği ile Dünyanın zaman skalası /cetveli tanımlanmış 4 ana döneme ve
bunlarla bağlantılı alt gruplara ayrılmıştır (Tablo 25.1).
İlk 3 çağ Hadean, Archean ve Proterozoic dönemdir ve yaklaşık 4 milyar yıl
sürmüştür.
 Phanerozoic dönem ise yaklaşık son yarım milyar yılı içerir ve 3 çağa ayrılır.
Bunlar Paleozoic, Mesozoic ve Cenozoic çağlardır.
Bunlardan örneğin Mesozoic dönem “Reptiller/Sürüngenler Çağı” adını alır.
Çünkü bulunan çoğu reptil fosilleri bu döneme aittir.
Bu çağlar arasındaki bağlantılar ise çok kesin değildir.
Çünkü bu ara geçişlere dair fosil kayıtları bulunmamaktadır.
Şekil 25.8’de bu dönemleri içeren jeolojik saat ve kayıtlar gösterilmiştir.
Ilk tek hücreliler Stromatolitler adını alır.
Bunlara gönümüzde ancak deniz tabanlarında rastlanmaktadır.
Yaklaşık 1,5 milyar yıl önce yaşamışlardır.
Fotosentez ve oksijen Devrimi
Dünya atmosferinde yaklaşık 2.7-2.4 milyar yıl önce oksijen miktarı %1-%10
miktarlarına ulaşmıştır.
Buna oksijen devrimi denilmiştir (Şekil 25.9).
Ilk ökaryotlar ise 1.8 milyar yaşındadır.
Endosimbiyont ilişki ile ortaya çıkan ve prokaryotik hücrelerden daha
karmaşık yapılı bu hücreler, Endosimbiyont teorisiyle tanımlanır ve bu
zamanlarda oluştuğu düşünülür (Şekil 25.10).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Çok hücreli canlılara baktığımızda; küçük kırmızı alglerin 1.8 - 1.2 milyar yıl önce
oluştuğu düşünülür.
Daha büyük çok hücreli ökaryotların ise 600-535 milyon yıl önce oluştuğu düşünülür.
Kambrien patlaması yani pek çok hayvan türünün Süngerlerin, Cnidarian’ların,
yumuşakçaların ve daha bir çok hayvanın görüldüğü bu dönem 535-525 milyon yıl
önce, ortalama 10 milyon yılı içine alan bir dönemdir (Şekil 25.11).
Yeryüzünde kolonileşme ise fotosentetik canlılar için 1 milyar yıldan fazla bir zaman
önce başlamakla beraber, mantar, hayvan ve bitkileri içeren nispeten gelişmiş gruplar
için 500 milyon yıl (Şekil 25.12), Arthropodlar/eklem bacaklılar için yaklaşık 365
milyon yıl ve insanlarında dahil olduğu primatlar grubu için 6-7 milyon yıl önce
gerçekleşmiş görülmektedir.
Modern insanın atasının 195.000 yıl önce gelişmiş koloniler kurmaya başladığı
düşünülmektedir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
4.Organizma gruplarının türleşmeyi yansıtan farklılarla sayısının artması ve
azalması ve türlerinin yok olması
Dünyayı oluşturan tek kıta Pangaea’nın tektonik tabakaların kırılması ve hareketi ile
kıtaların zaman içerisindeki kaymaları (kıtaların ayrılması) ile Dünyanın fiziksel
coğrafyasının (Şekil 25-14 ve 25.15, 25.16) ve iklimlerinin değişmesi (Şekil 25.19)
meydana gelmiştir.
Bu değişimler bazı organizma gruplarının yok olmasına neden olurken bazı
organizma gruplarınında çeşitliliğinin ve sayısının patlamasına yol açmıştır.
Evrim tarihinde 5 tane büyük yok olma gerçekleşmiştir ve bunlar yaşamının tarihini
etkilemiştir (Şekil 25.17).
Bunlardan bazıları kıtaların yerlerindeki değişiklikler, volkanik patlamalar (Şekil
25.18), meteor ve/veya kuyruklu yıldız çarpmaları sebebi ile gerçekleşmiştir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Hayatın çeşitliliğindeki inanılmaz artışlarda bu inanılmaz yok oluşları
(Şekil 25.20) takip eden radyasyona adaptasyon ile gerçekleşmiştir
(Şekil 25.21).
Bu adapte olunan radyasyon, organizma grupları üzerinde
sıradışı/beklenmeyen büyük evrimsel değişiklikleri veya yeni bölgelerde
diğer organizmalar ile daha az rekabet içinde kolonileşmeyi meydana
getirmiştir (Şekil 25.22).
Örneğin amphibian/çift yaşamlıların yaklaşık 100 milyon yıl önce
tetrapodlar (Dinozorların dahil olduğu, memelilerin sonradan katıldığı)
grup gelene kadar hakim grup olduğu, sonra karasal omurgalıların
hakim olduğu bir dönem yaşandığı düşünülür.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
5.Vücut şekillerinde meydana gelen büyük değişiklikler gelişmeyi
düzenleyen gen dizileri üzerinde meydana gelen değişikliklerden
kaynaklanabilir.
Gelişmeden sorumlu genler türler arasında morfolojik farklılıkara neden olan;
etkilenme oranlarını, zamanı ve organizma vücutlarına/şekillerine ait uzaysal
yapılarını, ergin forma dönüşürken etkiler.
Bu duruma “zamanla değişme” anlamına gelen Heterochrony adı verilir (Şekil
25.23).
Evrimde yeni vücut şekillerinin oluşması gelişime dair genleri oluşturan nükleotit
dizilerinin ve düzenlemelerinin değişmesi vasıtasıyla olur (Şekil 25.25 ve 25.26).
Böylece uzun zaman sonunda ata hücreden oldukça farklı özelliklere sahip türler
açığa çıkar buna paedomorphosis adı verilir (Şekil 25.24).
Örneğin semender türleri arasında görülür.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
6. Evrim hedefe yönelik bir oluşum değildir.
Yeni ve karmaşık biyolojik yapılar, bir seri artan, herbiri organizmanın
yararına olan, alışılmadık değişiklik değildir (Şekil 25.27 ve 25.28).
Evrimsel eğilim ya çevre şartlarındaki değişiklikler ile ve türler arasındaki
seçilim ile ortaya çıkmış etken vasıtasıyla meydana gelmiş olabilir.
Evrim, her açıdan evrimsel eğilimlerin, organizmalar ve onların yaşadıkları
çevreleri arasında, karşılıklı etkileşimleri ile oluşan sonuçlardan oluşur (Şekil
25.29).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Kaynaklar
 Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell,
Jane B. Reece, Unit 4, Part:25, p: 519-546 Pearson
Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco,
CA 94111.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER